橋梁綜合管控平臺的研發與應用

史文秀

(1.山西省交通建設工程質量檢測中心(有限公司) 太原市 030032； 2.橋梁工程防災減災山西省重點實驗室 太原市 030032)

0 引言

截止2017年底，山西省高速公路通車里程5335km，其中橋梁近6284座，2019年新開通了長臨高速、運保高速、神苛高速進一步增大了養護管理工作量。目前的養護工作主要存在以下問題：事務繁多，信息傳遞速度慢，工作效率低下；基層工作難以有效監管；應急事件無法掌控，難以正確決策；報表統計費時費力，難以統一，準確度較低；養護成本較難控制。因此，大體量公路資產的統一管理、統一決策，必須建立省級的綜合性數據平臺進行數據處理分析[1]，依靠先進的、綜合的智慧管控平臺進行線上智能監管[2-3]，走科學管養之路。

依托山西省交通運輸廳科技項目《橋梁運維數據庫建設與跨庫融合技術研究》，介紹“山西省橋梁綜合管控平臺”的研發核心和應用情況，體現了平臺的先進性和適用性。

1 平臺框架及優勢

“山西省橋梁綜合管控平臺”采用B/S架構開發[4-5]。面向省級的橋梁養護管理、病害調查[6]、科學決策，包含三個終端、六大模塊、二十四項功能(圖1)，可滿足管理、養護、檢測人員的需求。與同類平臺相比，存在以下優勢：

圖1 平臺框架圖

(1)開發了參數化建模和自動編號功能，實現裝配式梁橋、整體現澆梁橋、連續剛構橋、圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、斜拉橋等橋型的參數化建模和自動編號。

(2)開發了病害展開圖自動生成功能，實現了除懸臂施工梁橋外所有梁式橋的病害[7]展開圖自動生成。

(3)開發了病例管理功能，服務于全壽命周期養護管理，實現了歷史病害追蹤、統計，滿足了系統長期應用的要求。

(4)開發了專家協助功能，現場記錄的病害標度達到4、5時，短信通知公司設定的專家聯系現場進行遠程問診，專家團隊均為正高級工程師或部門負責人。

2 業務邏輯

2.1 定期檢查

定期檢查作業需要由養護單位、檢測單位共同完成。養護單位主要負責基礎信息維護、項目委托和報告驗收確認；檢測單位主要負責項目指派和技術狀況評定。除病害采集使用“橋易檢APP”外，基本均使用“山西省橋梁綜合管控平臺”WEB客戶端完成相關操作。

圖2 定期檢查流程圖

通過智能技術狀況評定和自動檢測報告生成，應用本平臺可在不影響外業工作效率的前提下，減少95%以上的內業工作，僅需確認、下載、審核、調整即可完成內業工作。尤其是病害展開圖的自動生成，節省內業工作平均不低于1d/橋。同時，系統報告模塊依據橋梁養護標準化具體要求進行定制，包含了病害呈現和數據統計，保證了報告的準確度和深度。

2.2 經常檢查

經常檢查作業由養護單位獨立完成，流程包含任務指派、病害采集、任務審核三個步驟。其中病害采集使用“橋梁養護管理”微信小程序。錄入流程與定期檢查病害錄入相同，通過信息化工具引導養護工作向專業化前進。同時，WEB客戶端自動生成了經常檢查報表，簡化了養護人員的內業工作，保證了數據的準確性和完整性。

2.3 養護決策咨詢

養護決策咨詢由咨詢單位獨立完成。采用基于層次分析法的決策模型開展分析計算，流程包含選擇養護單位、選擇決策參數、選擇決策目標三個步驟。該模塊主要建立在病害采集、技術狀況評定、維修對策管理、橋梁決策模型四項功能基礎上，通過維修優先級排序和養護經費預測實現了常規維修策略和特殊維修策略下的養護資源分配優化。同時，實現了構件庫、病害庫、檢查庫、維修庫數據的跨庫融合。

3 數據統計

3.1 基礎信息

平臺使用了自由定制的基礎信息統計模式，支持用戶自定義X軸和分組方式，以及按照數量、長度兩種方式進行統計，可自定義選擇四類統計圖表作為常列統計項進行顯示。同時兼顧了養護、檢測等不同用戶的需求，顯著提高了適用性。

3.2 病害信息

平臺提供了按照路線路段、養護單位和具體橋梁進行不同橋型下不同病害的病害信息統計功能，包含了病害數量(個/條)、病害總計(cm/cm2)、數量發生率(病害數量/橋梁數量)、總計發生率(病害總計/橋長總計)，用以通過不同的形式評價橋梁建設和養護的質量，并能為區域的養護維修工程提供準確工程量。

4應用情況

4.1 病害采集

2020年，“山西省橋梁綜合管控平臺”及“橋易檢APP”全面應用于省級高速公路橋梁定期檢查，完成檢測項目29項，評定橋梁3724座，病害累計235459條。根據系統使用記錄統計，檢測速度25.82m/人/h，0.92跨/人/h，可見使用“橋易檢APP”進行現場檢測時檢測速度與傳統書面記錄方式沒有明顯區別，信息化檢測手段不影響現場檢測進度，不增加外業工作成本。

4.2 病害統計

對4.1所述235459條病害進行統計，具體分布情況見表1。由其可見，上部承重構件、上部一般構件、支座、墩臺、伸縮縫病害占比較大，其他部分總計8.12%。伸縮縫病害中裂縫占比94.03%，錨固區缺陷占比5.09%，失效占比0.88%，其他部件具體見圖3～圖6。

圖6 墩臺病害統計

表1 不同位置部件病害數量及占比

圖3 上部承重構件病害統計

根據圖3、圖4，不超限裂縫(最大縫寬小于等于0.2mm)為上部結構的主要病害，包含橫向裂縫、豎向裂縫等受力裂縫以及其他裂縫。對于70座三類橋，橫向裂縫2330條，豎向裂縫4324條，裂縫總計9909條，各自占比23.5%及43.6%。對于一類、二類橋，主要為腹板、馬蹄等的縱向裂縫。

圖4 上部一般構件病害統計

根據圖5，老化變質、開裂為支座的主要病害。根據圖6，不超限裂縫(最大縫寬小于等于0.3mm)是墩臺的主要病害，鋼筋銹蝕亦占相當比例。

圖5 支座病害統計

4.3 養護分析

目前，針對上部結構超限裂縫(最大縫寬大于0.2mm)、下部結構超限裂縫(最大縫寬大于0.3mm)，認為其為受力裂縫，采用裂縫注膠的方式進行修復；針對其他不超限裂縫，認為其為溫縮裂縫等非受力裂縫，采用裂縫封閉的方式進行修復。然而，三類橋上部承重構件中豎向裂縫、橫向裂縫占比67.1%，超限裂縫卻僅占2.7%。顯然，僅將超限裂縫認定為受力裂縫進行裂縫注膠維修不合理，跨中腹板豎向裂縫、底板橫向裂縫等不超限受力裂縫采用裂縫封閉方式修復后，隨著荷載的反復作用，尤其是重載交通的作用，再次開裂的概率很高。封閉后裂縫再次崩開的現象(圖7)也證明了以上判斷。

圖7 裂縫封閉后膠體局部開裂

因此，檢測工程師在病害調查過程中需加強對受力裂縫的判斷和標識，以指導養護維修。

老化變質、開裂為支座的主要病害，表明橡膠支座的材料性能存在明顯缺陷，需加強在建設過程中的質量控制。

5 結論

綜上所述，可得以下結論：

(1)“山西省橋梁綜合管控平臺”及“橋易檢APP”的應用，在不增加外業檢測成本的前提下，實現了智能技術狀況評定、自動檢測報告生成、定制化病害統計分析、養護決策分析，應用情況良好，是適應信息化時代的積極探索。

(2)省級高速公路橋梁定期檢查病害統計情況表明，受力裂縫占比遠超超限裂縫，僅將超限裂縫認定為受力裂縫進行裂縫注膠維修不合理，檢測工程師在病害調查過程中需加強對受力裂縫的判斷和標識，以指導養護維修。